毛细压力法对水处理滤料亲油亲水比的研究

基于Washburn方程,定义了滤料的亲油亲水比(LHR),利用毛细压力法测定了果壳、锰砂、陶粒、石英砂和瓷砂的润湿速率,计算了LHR值,并对滤料的表面微观结构进行了研究.实验表明,直线拟合程度较好,结果重现性较高.实验方法可行.数据可靠.其中果壳的LHR值最大,达到66.87,表现出了最强的亲油性,其次是锰砂、陶粒、石英砂,三者的亲油性略好于瓷砂,其LHR值分别为1.24、1.22、1.16和0.80,与XPS和FTIR分析结果一致,证实了滤料LHR值的差异主要取决于滤料表面微观结构的不同.     

动态渗透压力法研究水处理滤料的润湿性

润湿性是水处理滤料的一个十分重要的表面性质.以Washburn方程为原理,用动态渗透压力法研究了无烟煤、铝矾土陶瓷及磁铁矿滤料的亲油亲水润湿性.实验结果表明,方法的重现性较好,误差在10%以内.当滤料的粒径范围在0.6～0.9mm之间时.以该法测得无烟煤、铝矾土陶瓷及磁铁矿滤料的亲油亲水比(LHR)值依次为2.511、1.748和1.317,说明无烟煤滤料的亲油性最好,铝矾土陶瓷次之,而磁铁矿的亲油性最差.XPS和FTIR分析结果表明,无烟煤、铝矾土陶瓷及磁铁矿滤料润湿性差别主要归因于其表面化学结构的不同.     

硅烷偶联剂对石英砂滤料的表面改性

采用硅烷偶联剂KH-550对石英砂滤料进行表面改性,以提高滤料表面的亲油疏水性.通过正交―单因素实验,考察KH-550浓度、改性温度以及搅拌时间对石英砂滤料表面改性效果的影响.结果表明,KH-550浓度为15%、改性温度为110℃、搅拌时间为15min时改性效果最好,水的润湿重量由改性前的1.5589g减小到0.0607g,而油的润湿重量改性前后基本不变.改性后石英砂对油的吸附容量增大到0.1843,与未改性石英砂相比提高了27.72%.扫描电镜与电子能谱研究表明,KH-550以化学键的方式结合在石英砂滤料表面,形成了牢固的有机包覆层,使得石英砂滤料的亲油疏水性大大提高.     

采用Washburn动态法研究水处理滤料的亲油亲水性

用Washbum动态法研究了核桃壳、磁铁矿和陶粒砂滤料的亲油亲水性，并对其表面结构进行了表征．结果表明，用Washburn动态法研究水处理滤料润湿性的实验重复性较好，实验方法可行．实验测得核桃壳、磁铁矿和陶粒砂的亲油亲水比（LHR）依次为76．41、1．057和0.8769，说明核桃壳滤料的亲油性很好，而磁铁矿和陶粒砂滤料表现了更好的亲水性．与SEM、EDS、FTIR分析结果一致，核桃壳、磁铁矿和陶粒砂滤料表面亲油亲水性的差别主要归因于其表面物理化学结构的不同．     

石英砂和陶粒双层滤料的综合过滤试验及比较

试验表明石英砂和陶粒组成的双层滤料滤池,其净水处理性能明显好于石英砂和无烟煤双层滤料以及单层石英砂滤料滤池,特别是出水浊度、微絮凝作用、反冲洗耳恭听周期、藻类的去除、絮凝剂的使用量等指标上具有明显优势.     

混合滤料的润湿性及其过滤处理含油废水性能

为了探究两种润湿性相反的特殊润湿性滤料的耦合作用,将超疏水超亲油石英砂滤料和超亲水水下超疏油石英砂滤料均匀混合,研究了混合滤料的润湿性以及过滤除油性能.结果表明,两种滤料混合组成的固体表面润湿性不满足每种滤料润湿性的加权平均关系,更符合二次曲线关系,决定系数高达0.9992;交替润湿性对过滤除油效率具有耦合增强作用.混合滤料的疏水亲油性越强,其除油效率、归一化附着效率和渗透系数都越大,反之亦然.滤料粒径越小,归一化附着效率的变化斜率越大,而滤速和床深对归一化附着效率的变化斜率影响不明显.滤料的疏水性具有增阻的效应,流速的增加有助于增大滤层的渗透系数.以上研究成果可为特殊润湿性混合滤料过滤处理含油废水提供研究思路和参考.     

微污染饮用水生物过滤影响因素的研究

通过试验探讨了过滤介质、空床接触时间、水温和反冲洗方式对生物过滤去除有机物的影响。试验结果表明 :活性炭、石英砂组成的双层滤料生物滤池对高锰酸盐指数、UV2 5 4的去除效果比无烟煤、石英砂组成的双层滤料滤池和单层石英砂滤料滤池好 ;在一定的范围内 ,随着接触时间或水温的增加 ,各滤柱对高锰酸盐指数的去除率增加 ;加氯水反冲洗方式对生物滤池去除高锰酸盐指数、UV2 5 4的影响比未加氯水反冲洗方式大     

流动电位法测定滤料表面的Zeta电位

滤料表面的ζ电位是评价滤料颗粒表面性质的重要指标之一,研究滤料表面的ζ电位对于提高过滤效率以及开发改性滤料是十分重要的.根据流动电位与ζ电位的关系自制了一套测定ζ电位的装置,经测定计算出了4种常用水处理滤料表面的ζ电位,结果表明:当滤料的粒径范围在0.45～0.9mm之间时,使用该装置测得的磁铁矿、无烟煤、核桃壳和陶粒表面ζ电位分别为-27.64mV、-6.54mV、-5.87mV、-2.30mV.电子能谱和红外光谱分析结果证明磁铁矿、无烟煤、核桃壳和陶粒滤料表面ζ电位的差异主要归因于其表面化学结构的不同.     

湘江微污染饮用水源水生物过滤去除特性研究

通过试验探讨了不同滤料介质组成的生物滤柱对湘江微污染水源的处理效果。结果表明,生物过滤具有良好的去浊性能,浊度的去除是传统吸附截留和生物吸附共同作用的结果;生物过滤可有效去除微污染水源中的有机物,NH+4-N,总铁和Mn2+,提高饮用水生物稳定性。颗粒活性炭-石英砂双层滤料组合要优于石英砂单层滤料和无烟煤-石英砂双层滤料,加氯水反冲洗不利于生物滤池的运行。      

高效集约式净化设备处理矿井水

高效集约式净化设备适用于净矿井水净化处理后作为矿区生产或生活用水，其特征在于在进水管中投加适当的混凝剂和絮凝剂后，采用水力循环泥渣回流反应、斜管沉淀、无烟煤和石英砂双层滤料过滤，能够有效去除矿井水中悬浮物和油类物质。     

石榴石滤料的过滤性能及反冲洗试验研究

石榴石作为一种新型矿物滤料在净水处理方面具有强大的竞争力和广阔的应用前景.通过对石榴石滤料进行过滤及反冲洗试验,研究其截污除浊性能、水头损失变化规律及对有机物的去除效果,并与传统的石英砂滤料做对比,同时探讨了石榴石滤料的适宜反冲洗强度范围及气水反冲洗运行参数.结果表明:在滤速为8 m/h的条件下,与石英砂滤柱的过滤效果相比,石榴石滤柱滤后水的平均浊度下降0.3 NTU,有机物平均质量分数下降5%,但其平均水头损失增长率为1 cm/h;在截污除浊及去除有机物方面,石榴石滤柱在60 cm滤层厚度处与石英砂滤柱在85 cm滤层厚度的去除效果十分接近,因此其能有效减少滤料体积,从而节省滤料及节约设备投资.在不同滤速下,水头损失是限制石榴石滤柱过滤周期的主要因素;石榴石滤料适宜的气反冲洗强度范围为14~16 L/（s·m2）,水反冲洗强度范围为5~7 L/（s·m2）,其气水反冲洗的最佳运行参数为气洗强度16 L/（s·m2）、水洗强度7 L/（s·m2）、气水联合反冲洗4 min、单独水漂洗7 min.其中,气反冲洗强度对石榴石滤料的反冲洗效果影响最大.研究显示,相较于传统石英砂滤料,石榴石滤料具有高过滤性能、低滤料体积的特点,在水处理滤料的应用方面显示出一定的优势.      

Comparison of quartz sand, anthracite, shale and biological ceramsite for adsorptive removal of phosphorus from aqueous solution

The choice of substrates with high phosphorus adsorption capacity is vital for sustainable phosphorus removal from waste water in constructed wetlands. In this study, four substrates were used： quartz sand, anthracite, shale and biological ceramsite. These substrate samples were characterized by X- ray diffractometry and scanning electron microscopy studies for their mineral components （chemical components） and surface characteristics. The dynamic experimental results revealed the following ranking order for total phosphorus （TP） removal efficiency： anthracite 〉 biological ceramsite 〉 shale 〉 quartz sand. The adsorptive removal capacities for TP using anthracite, biological ceramsite, shale and quartz sand were 85.87, 81.44, 59.65, and 55.98 mg/kg, respectively. Phosphorus desorption was also studied to analyze the substrates＇ adsorption efficiency in wastewater treatment as well as the substrates＇ ability to be reused for treatment. It was noted that the removal performance for the different forms of phosphorus was dependent on the nature of the substrate and the adsorption mechanism. A comparative analysis showed that the removal of particulate phosphorus was much easier using shale. Whereas anthracite had the highest soluble reactive phosphorus （SRP） adsorptive capacity, biological ceramsite had the highest dissolved organic phosphorus （DOP） removal capacity. Phosphorus removal by shale and biological ceramsite was mainly through chemical adsorption, precipitation or biological adsorption. On the other hand, phosphorus removal through physical adsorption （electrostatic attraction or ion exchange） was dominant in anthracite and quartz sand.     

氧化物涂层砂对天然水中有机物的去除

氧化物涂层砂,比表面积增加,吸附容量增大,使石英砂表面电荷的带电性质改变,有利于水中天然有机物的去除。对3种不同氧化物涂层砂和未涂层砂对天然有机物的去除性能进行了比较实验,证明涂铝砂和B型涂铁砂对水中天然有机物的去除效果优于A型涂铁砂;而3种涂层砂均优于未涂层砂。     

改性滤料在矿井水净化处理中的试验研究

采用高温加热法制备了涂铁石英砂和无烟煤联用的双层改性滤料,并通过过滤试验对比验证了其对矿井水中不同污染物的去除效果。过滤6 h出水浊度为0.3 NTU,ρ(COD)降为2.5 mg/L,均低于饮用水标准限值,Fe、Mn的去除率分别达88.7%和66.7%,并通过反冲洗试验,确定了该滤料的反冲洗强度q=16 L/(m2.s)和过滤周期T=370 min。滤后水质可满足淡化除盐进水要求,具有广阔的应用前景。     

非均性多孔介质中生物炭胶体的迁移行为研究

生物炭颗粒在多孔介质中的迁移行为不仅决定了其在环境中的归趋,也极大地影响了被吸附污染物的环境行为.以往的研究主要集中在生物炭胶体在均性多孔介质中的迁移行为,但实际环境介质通常是非均性的,目前对生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移行为知之甚少.本研究采用两种不同粒径的石英砂构建了上下两层非均性填充柱（上层细颗粒,下层粗颗粒）,研究了生物炭胶体在非均性多孔介质中的迁移和截留行为,考察了溶液离子强度和pH对生物炭胶体迁移能力的影响.研究结果表明在非均性多孔介质中,生物炭胶体具有很高的迁移能力,在离子强度为1~50 mmol·L^-1,pH为4.0~11.0条件下,生物炭胶体的迁移率达40.2%~88.0%.非均性介质中生物炭胶体的截留曲线表现为非单调型曲线,截留量峰值往往出现在细-粗石英砂的交界面处（细石英砂侧）,这与非均性介质中显著的电荷异质性、介质尺寸异质性和迁移过程中传质通量异质性有关.生物炭胶体在上层细石英砂中的截留量显著大于其在下层粗石英砂中的截留量,表明上层细石英砂是影响生物炭胶体迁移行为的关键层.随着溶液离子强度增加,生物炭胶体自团聚作用增强,其与石英砂介质间界面作用能垒降低,因而生物炭胶体的迁移能力减弱.由于生物炭胶体与细石英砂间的物理张力作用趋于显著,增加离子强度提高了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.中性和碱性条件下生物炭胶体的迁移能力较强,而在酸性条件下,生物炭胶体表面电负性显著降低,团聚体粒径增大,生物炭胶体的迁移能力较弱.降低溶液pH增加了生物炭胶体在上层细石英砂中的截留比率.本研究的结果将有利于人们更好地了解生物炭胶体在复杂多孔介质中的迁移行为,为全面评估生物炭的潜在环境风险提供理论支持.     

垂直流人工湿地不同填料长期运行效果研究

在高水力负荷(2400~3400mm/d)条件下,以沸石、无烟煤、页岩、蛭石、陶瓷滤料、砾石、钢渣和生物陶粒为填料,进行垂直流人工湿地模拟柱净化污水实验(历时25个月).结果表明,随着系统的运行,各填料对COD的去除能力均有不同程度提高.沸石对污水中氮素的处理能力保持在较高的水平,对TN和NH4+-N的平均去除率分别高达82.03%和91.32%.钢渣对TP和可溶性反应磷(SRP)的平均去除率分别高达89.61%和96.77%,且净化效果稳定;无烟煤第2阶段对磷素的净化能力低于钢渣,之后与钢渣无显著性差异.在垂直流人工湿地中,针对水质特性选择长期高效的填料,如沸石、无烟煤和生物陶粒,在高水力负荷条件下可获得更好的处理效果.     

不同填料对大肠杆菌去除能力的研究

针对丘陵农村地区水质恶化、经济基础差及污水处理能力有限的状况,目前一般采用人工湿地和自然沟渠综合措施处理生活污水,但迄今仍缺乏针对水体病原菌污染的自然生态去除技术研究。为了筛选适宜去除病原菌的人工湿地填料,选用林地土、旱地土、水稻土、生物炭、无烟煤、沸石和石英7种填料,测定不同填料对大肠杆菌的去除能力,并通过在旱地土添加不同比例生物炭(0%、2%、5%、10%、20%、50%),探讨基于大肠杆菌去除容量与去除成本的旱地土与生物炭颗粒物复合物最佳比例。结果表明:不同填料介质生活污水大肠杆菌去除能力由强到弱依次为生物炭>无烟煤>水稻土>旱地土>林地土>沸石>石英;添加生物炭可增大湿地土壤孔隙度,有效提高单位时间内渗滤污水速率,及大肠杆菌的去除率,特别对大肠埃希氏菌去除效果更加明显;生物炭添加可延迟填料到达吸附饱和的时间,有效增加人工湿地处理容量。综合考虑大肠杆菌去除效率和生物炭添加成本等因素,人工湿地生物炭最优添加比例为20%。